[发明专利]面向无人机的轻小型离轴四反射式激光雷达光学接收装置

说明书

本发明公开了面向无人机的轻小型离轴四反射式激光雷达光学接收装置。该接收装置主要面向水深测量激光雷达(LiDAR)，包括离轴四反射式接收光路物镜、单透镜结构深水信号通道目镜、惠更斯结构浅水信号通道目镜和惠更斯结构水表面信号通道目镜。该接收装置主光学孔径D＝22mm，F#10，接收视场角优于50mrad，有效焦距f’＝220mm，是一种中等视场中等相对孔径体积小重量轻光学透过率高可挂在于无人机的激光雷达接收装置。

技术领域

本发明涉及激光雷达领域，特别涉及面向无人机的轻小型中等相对孔径的水深测量激光雷达光学接收装置。

技术背景

目前，就无人机载水深测量激光雷达而言，其光学接收装置有如下缺陷：1.多为透射式系统，其光学透过率低。如专利CN201610821346.7一种激光雷达光学接收装置及激光雷达测距方法。再如专利CN110764073A公开了一种激光雷达镜头，虽然是一种高分辨率镜头，但过多的镜片使光学接收装置厚度过大，导致光学接收效率低。2.激光雷达主光学孔径多为中等视场中等孔径，体积大，重量重，不适合无人机挂载。如专利CN201410177032.9激光雷达光学接收装置和CN201621054857.2一种激光雷达光学接收装置。

针对水深测量激光雷达光学接收装置的以上缺陷，本发明提出了面向无人机的轻小型离轴四反射式激光雷达光学接收装置，其包括离轴四反射式光学接收物镜和合理结构目镜。该装置D＝22mm，F#10，接收视场角优于50mrad，有效焦距f’＝220mm。

发明内容

本发明公开了面向无人机的轻小型离轴四反射式激光雷达光学接收装置。

本发明采用以下技术方案实现：本发明的物镜镜头采用离轴四反射式物镜，其中主镜曲率半径为R₁，副镜曲率半径为R₂，第三镜曲率半径R₃＝∞，第四镜曲率半径为R₄。主镜、副镜、第四镜用于调节光线，第三镜用于转像，使得像面平行与主光轴。主镜顶点到副镜顶点的距离为d₁，副镜顶点到第三镜顶点距离为d₂，第三镜顶点距离到第四镜顶点距离为d₃。第四镜与目镜镜片的第一面距离为d₄。

另外，在接收镜头焦平面处，放置视场光阑，用于分离深水信号、浅水信号和水表面信号。视场光阑为一面中心有开孔的反射镜，其反射区域直径为D₁，开孔区域直径为D₂。反射区域将深水信号反射，使其进入深水信号通道。开孔区域通过浅水和水表面信号，使其进入浅水和水表面共用信号通道。深水信号通道采用单片非球面凸平透镜，其凸面曲率半径为R₅；浅水信号通道采用惠更斯目镜，其两个凸面曲率半径分别为R₆、R₇，两个目镜镜片距离为d₅；水表面信号通道采用惠更斯目镜，其两个凸面曲率半径分别为R₇、R₈，两个目镜的间距为d₆。

本发明的有益效果如下：采用一种小孔径长焦离轴四反射式物镜，提高了水深测量激光雷达的接收效率，提升激光雷达最大测深能力，同时可实现水深测量激光雷达的小型化。

附图说明

图1为光学接收装置结构示意图

图2为光学接收装置物镜结构示意图

图3为光学接收装置整体光路结构示意图

图4为光学接收装置物镜MTF曲线示意图

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。